λ = λ2 − λ1. |
(16) |
Далее вычислим разность долгот
l = λ −sin A0 (α1σ + β1 sin σ cos 2σ1 +σ). |
(17) |
Вычисляем геодезическую широту конечной точки
tgB2 = 
1+e′2 tgU2
и геодезическую долготу L2=L1+ l.
Способ Бесселя по простоте и строгости решения превосходит любые другие и его можно применять при любых расстояниях между точками на эллипсоиде. Погрешности по способу Бесселя зависят от количества верных значащих цифр, удерживаемых при вычислениях, так как ряды в формулах ( 14) и (17) быстро сходятся и могут быть вы-
числены с любой необходимой точностью. |
||||||
|
|
|
|
|
|
И |
При решении прямой геодезической задачи необходимо удержи- |
||||||
вать не менее девяти верных значащих цифр. |
||||||
|
|
|
|
|
Д |
|
Решив прямую геодезическую задачу, получим координаты вто- |
||||||
рого пункта Q2 |
геодезической линии Q1Q2, то есть В2 и L2 , которые |
|||||
|
|
|
|
А |
|
|
будут исходными данными для решения обратной геодезической за- |
||||||
дачи. |
|
|
Б |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Обратная геодезическая задача |
||||
|
|
И |
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
К решению обратной геодезической задачи прибегали в некоторых методах уравнивания полигонов триангуляции 1-го класса. В прошлом различали:
1.Малые расстояния до 30 – 45 км.
2.Средние расстояния до 600 км.
3.Большие – до 5 000 км.
4.Очень большие – до 19 000 – 20 000 км.
В настоящее время для решения прямой и обратной геодезической задачи на эллипсоиде целесообразнее применять способ Бесселя. Точность получения прямого и обратного азимута и расстояния между пунктами Q1 и Q2 геодезической линии будут зависеть от погрешностей применяемого математического аппарата, исходных данных и
погрешностей вычислений.
~ 16 ~
Рассмотрим решение обратной геодезической задачи. Исходные данные: В1 ; L1 и В2 ; L2 ; требуется получить S1 2 ; А21 и
А1 2 .
Порядок выполнения задания
Решение обратной геодезической задачи на эллипсоиде по способу Бесселя сложнее прямой задачи, так как по исходным данным можно вычислить на шаре только приведённые широты U1 и U2 по
формулам tgU1 = 
1−e2 tgB1; tgU2 = 
1−e2 tgB2 .
Предварительные вычисления (18 -21)
Разность долгот l выражается в радианах.
Для определения долготы λ на шаре необходимо знать A0, σ1 и δ, которые зависят от s и A1. Следовательно, применим последовательные приближения.
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
W1 = |
1−e sin B1 ; |
|
|
И |
|
|
|
B2 |
; |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
W2 = |
1 |
−e |
|
sin |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
sin B |
|
|
1−e2 |
|
|
sin B |
|
|
1−e2 |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
sin u1 = |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
W1 |
|
|
|
|
|
|
W2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
; |
sin u2 |
|
= |
|
|
|
|
; |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
cosu |
= |
cos B |
|
|
Аcos B |
|
; l = L |
|
|
|
− L . |
|
|
(18) |
|||||||||||||||||
|
|
1 ; |
|
cosu |
|
= |
W2 |
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
1 |
|
|
W1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
Б |
; |
|
|
a2 = cosu1 cosu2 ; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
a1 = sin u1 sin u2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
b1 |
= cosu1 sin u2 ; |
b1 = sin u1 cosu2 . |
|
|
|
|
|
(19) |
||||||||||||||||||||||
|
|
И |
|
|
|
λ= l+ δ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(20) |
|||||||||
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
В первом приближении принимаем δ = 0 радиан. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
p = cosu2 sin λ ; q = b1 −b2 cos λ ; |
A1′ = arccos |
|
|
|
|
|
q |
|
; |
(21) |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
p |
2 + q2 |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
′ |
если p > 0 или A1 |
= 2 π− |
′ |
= |
360 |
0 |
|
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
где A1 = A1 |
A1 |
|
− A1 |
если p < 0. |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
Вычисляем дугу на шаре |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
arccosσ = α1 +α2 cos λ , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(22) |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
~ 17 ~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
далее A0 |
и коэффициенты α, |
|
β и поправку δ |
|
|
|
|
|
|
|
|
−cos2 A |
|
||||||||||||||||||||
sin A = cosu sin A |
; |
cos2 |
A =1−sin2 A |
; x |
= 2 |
α |
|
cos σ |
|||||||||||||||||||||||||
|
0 |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
0 |
|||||
|
|
e2 |
|
e4 |
|
|
e6 |
e4 |
|
e6 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
6 |
|
4 |
|
|
||||||
|
|
|
|
+ |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
+ |
|
cos |
A0 |
+ |
|
|
|
|
e |
cos |
A0 |
; |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
α = |
2 |
4 |
|
|
− |
16 |
|
|
128 |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
′ |
e4 |
|
e6 |
|
|
e 6 |
|
|
|
2 |
|
|
δ = (α σ |
|
|
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
σ) sin A0 . (23) |
|||||||
β |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
cos |
A0 |
; |
− β |
x sin |
||||||||||||||||||||
|
= |
16 |
− |
32 |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Коэффициенты α, β и поправка δ получаем в радианах. Вычисленное значение δ подставляем в (20) и повторяем все вы-
числения по формулам (21), (22) и (2 3) и т.д. Приближения заканчи-
ваем, когда |
|
δ |
−δ |
|
< 48·10-11. |
|
|
||||
|
|
i |
i − 1 |
|
|
Значения λ, A1, σ, x и sinA0, полученные в последнем приближении принимаем за окончательные.
Вычисляем коэффициенты A, B', C' и геодезическую линию на эллипсоиде s.
Для нахождения коэффициентов A, B', C' возьмем следующие |
|||||||||||||||||||
формулы: |
|
|
|
А |
|
И |
|
|
|
||||||||||
|
|
k |
2 |
|
|
′2 |
cos |
2 |
A0 |
; |
|
|
(24) |
||||||
|
|
|
= e |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
A =1+ k |
2 |
|
|
Д4 6 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
− 3k |
|
+ |
5k ; |
|
|
(25) |
|||||||||||
B′ = e′2 |
− e′4 |
|
|
4 |
|
|
64 |
|
|
256 |
|
|
|
||||||
cos2 |
A0 |
+ |
|
|
|
15 |
|
e′6 cos4 A0 ; |
|
|
(26) |
||||||||
512 |
|
|
|
||||||||||||||||
4 |
Б16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
C |
′ |
= |
e′4 |
− |
3e′6 |
|
. |
|
|
(27) |
|||||||
И |
|
|
|
64 |
|
128 |
|
|
|
|
|
||||||||
Длину геодезическойС |
линии на эллипсоиде вычисляем по формулам: |
||||||||||||||||||
|
y = (cos4 A0 −2x2 ) cos σ ; |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
s = (A σ +(B′ x +C′ y) sin σ) α 1− |
|
, |
(28) |
||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где a – большая полуось эллипсоида, f – знаменатель сжатия. Обратный азимут найдем из формул:
p′ = cosu1 sin λ; q′ = b1 cos λ −b2 ;
~ 18 ~
|
|
|
q′ |
|
|
|
|
|
||
A2′ |
|
|
|
|
|
|
|
|||
= arccos |
|
|
|
|
|
|
|
; |
(29) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
q′ |
2 |
+ p′ |
2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где A2 = π+ A2′ =1800 + A2′, если p'>0 или A2 = π− A2′ =1800 − A2′, если p'<0.
Погрешности вычислений прямой и обратной задач не превышают 2 мм в координатах и в длинах линий и 0,001” в азимутах.
2.4. Вычисление прямоугольных координат Гаусса по геодезическим координатам и обратно, с вычислением
Гауссового сближения меридианов
Необходимо вычислить прямоугольные координаты x и y в проекции Гаусса-Крюгера по геодезическим координатам B и L в
Каждый студент пользуется даннымиИсвоего индивидуального задания, т. е. геодезическими координатами пункта. Индивидуальные задания составлены так, что все пункты находятся в полосах перекрытия шестиградусных зон. Шестиградусная зона проекции ГауссаКрюгера представляет собой сфероидический двуугольник, построен-
системе СК–95 и ГСК–2011.
|
|
|
ный от одного полюса до дру- |
|||
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|
гого и ограниченный меридиа- |
|||
|
|
|
нами. |
|
|
|
|
|
А |
В каждой зоне изображе- |
|||
|
Б |
|
||||
|
ние осевого меридиана прини- |
|||||
|
мается за ось абсцисс, а изо- |
|||||
И |
|
|||||
|
бражение экватора за ось орди- |
|||||
|
нат. В |
проекции Гаусса- |
||||
С |
|
|
Крюгера |
осевой |
меридиан и |
|
|
|
экватор изображаются прямыми |
||||
|
|
|
линиями. В каждой зоне имеет- |
|||
|
|
|
ся своё начало координат – это |
|||
|
|
|
проекция |
точки |
пересечения |
|
осевого меридиана с экватором на плоскость в проекции Гаусса.
Точка а (рис. 5) − изображение точки А (эллипсоида) на плоскости. Положение a определяется прямоугольными координатами x и y. Каждый студент вычисляет координаты точек от осевых меридианов двух смежных зон, например от осевого меридиана 75˚ и 81˚.
Исходные данные: Для точки с геодезическими координатами В1 и L1, которые выбирают из табл. 4, по номеру студента в журнале
преподавателя необходимо вычислить х и у от осевого меридиана 75˚ и 81˚ с учётом номера зоны.
Порядок выполнения работы
1. По геодезическим координатам B и L каждой точки вычислить прямоугольные координаты хГ и уГ по формулам
xГ |
|
= x |
B |
+ (0.5 + (a |
4 |
+ (a |
6 |
+ a |
l2 ) l2 ) l2 ) l2 N sin B cos B ; |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
y = (1+ (a |
|
|
|
|
|
8 |
l2 ) l2 ) l2 ) l N cos B ; |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
3 |
+ (a |
|
+ a |
7 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y Г = (№зоны) 106 +500000 + y , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(30) |
||||||||||||||||||||||||
где l = L − L0 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
xB = |
|
|
|
|
|
|
1+ |
|
n2 |
|
|
B +sin 2 |
B(c0′ |
+cos 2 B (c2′ |
+c4′ cos 2 B)) ; |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1+ n |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
И |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
(11 n |
2 |
15Дn |
|
|
|
|
|
|
|
35 |
|
3 |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
′ |
= |
|
|
|
|
|
|
|
′ |
= |
|
′ |
= − |
n |
; |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
c0 |
12 |
|
|
−18); c2 |
32 |
|
|
|
(4 |
−n); |
c4 |
12 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
И |
a |
|
|
|
|
|
|
|
2 f −1 |
|
|
|
|
2 f −1 |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
′ |
2 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
n = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; e = |
|
|
2 |
|
; e |
|
= |
(f |
2 ; |
|||||||||||
|
2 f |
−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1−e sin |
B) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−1) |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
a4 = ((6 + |
a3 = ((2 +e′2 cos2 B) cos2 B −1)/ 6; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
(9 e′2 + 4 e′4 cos2 B) cos2 B) cos2 B −1)/ 24 ; |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
a = (1− |
(20 − |
(24 −58 e′2 +72 e′2 cos2 B) cos2 B) cos2 B)/120; |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5 |
|
|
|
(60 |
С2 |
−120 −600 |
e′ |
2 |
cos |
2 |
B) cos |
2 |
B) cos |
2 |
B)/ 720 ; |
|||||||||||||||||||||||||||||||
a6 = (1− |
+ |
(330 e′ |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
a7 |
= |
((182 |
− |
(840 −720 cos2 B) cos2 B) cos2 B −1)/ 5040; |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
a |
|
|
= |
((546 − |
(4200 −5040 cos2 B) cos2 B) cos2 B −1)/ 40320. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В формулах (30) приняты следующие обозначения: l – разность долгот l = L − L0 , где L0 – долгота осевого меридиана, L1 – долгота
точки. Величины l и B выражены в радианах.
~ 20 ~